由于橋梁技術(shù)的發(fā)展，在大跨度橋梁中斜拉橋和懸索橋被廣泛應(yīng)用。拉索作為這兩種橋型最主要的受力構(gòu)件，由于環(huán)境及自身各種復(fù)雜因素(如環(huán)境侵蝕、自然災(zāi)害、荷載長期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)、材料老化)的影響，將不可避免地造成結(jié)構(gòu)的損傷積累和抗力降低，甚至超過索力本身的承載力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。由此引發(fā)的災(zāi)難性事件，給人民生命安全帶來危害，給社會財富造成巨大損失。因此，對拉索進(jìn)行疲勞斷裂行為研究己經(jīng)成為工程領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點問題。本文闡述了疲勞斷裂行為的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了已有疲勞斷裂行為研究的方法及其特點.在此基礎(chǔ)上，采用跨尺度疲勞斷裂模型對斜拉橋拉索鋼絲疲勞斷裂行為進(jìn)行研究與分析。
本文主要工作，是基于約束應(yīng)力區(qū)概念建立了跨尺度裂紋模型，求得宏/微觀跨尺度應(yīng)力強度因子K默的解析表達(dá)式。然后，以跨尺度應(yīng)變能密度因子5,}}作為從宏觀到微觀裂紋擴展的控制參量，建立了跨尺度疲勞裂紋擴展模型。疲勞破壞全過程可用該模型進(jìn)行統(tǒng)一描述，而不必劃分成疲勞裂紋形成與擴展兩個不同階段，采用不同的理論分別進(jìn)行分析。以LYI2鋁合金板為例，采用上述模型，精確擬合出不同循環(huán)特征下的S-N試驗曲線。當(dāng)考慮材料微結(jié)構(gòu)的影響時，疲勞試驗數(shù)據(jù)的發(fā)散性也可擬合出來。研究表明，材料初始缺陷及微結(jié)構(gòu)在疲勞過程中的演化特性，對于構(gòu)件的疲勞壽命有顯著影響，是疲勞試驗數(shù)據(jù)發(fā)散的主要原因。最后，以李家沙特大橋為工程背景，利用MIDAS建立了全橋有限元模型。對李家沙特大橋拉索不同荷載工況下的受力狀況進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對拉索中鋼絲的疲勞斷裂行為及其影響因素進(jìn)行了分析計算。計算結(jié)果表明，跨尺度疲勞裂紋擴展統(tǒng)一可以有效描述斜拉橋拉索鋼絲從宏觀到微觀的疲勞破壞全過程。
